在礦井提升機中應用的高壓變頻調速系統的製作方法
2023-10-07 02:00:19 1
專利名稱：在礦井提升機中應用的高壓變頻調速系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及礦井提升機中的調速設備的應用領域。
背景技術：
現有技術中的礦井提升是繞線轉子電機轉子串電阻的調速方式，其缺點是調速質量差；能耗大；功率因數低；故障率高，維修量大。傳統的高壓變頻調速器整流器為二極體不可控整流方案，沒有採用電阻制動或帶可控整流電路的制動功能，無法實現電機電力制動。交交變頻調速器能夠實現四象限運行，但是諧波大、對電網汙染嚴重；交直交三電平或兩電平變頻調速器，其缺陷也是諧波較大，du/dt很高，對電機有特殊的要求。
發明內容
本實用新型通過大量研究試驗，將H橋串聯式高壓變頻器技術、機車牽引四象限控制技術、列車電阻制動技術與大功率提升機相結合，形成了一種對電網影響極小、採用電阻制動或帶可控整流電路制動的高壓變頻調速系統，該系統可使提升機調速質量明顯提高、節能30-40％、功率因數可提高到0.96以上，有效解決了我國長期以來未能解決的高壓大功率電機的正向電力牽引、正向電力制動、反向電力牽引和反向電力制動四種工況下驅動低效能負載平穩、安全運行的難題。
為實現上述目的，本實用新型通過以下技術方案實現在礦井提升機中應用的高壓變頻調速系統，其特徵在於該系統採用異步電機柔性牽引閉環，由控制器輸出的頻率幅值和三相正弦信號到高壓變頻器，高壓變頻器輸出交流電信號給電機；電機信號傳遞給轉速檢測裝置，轉速檢測裝置輸出的轉速反饋信號與轉速給定信號構成的差分信號傳遞給控制器；電機的制動方式採用IGBT斬波式電阻制動或帶可控整流電路的再生制動方式；高壓變頻調速系統採用多個低壓H橋變頻功率單元串聯疊加而成，由多個變頻功率單元串聯構成一相，三相Y接，與電機相連接。
本實用新型與現有技術相比，其新穎性和創造性體現在以下幾個方面1、提高主井提升機的效率，實現噸煤節電量不低於30％的目標；將傳統的轉子串電阻的轉差功率消型調速方式改為變頻變壓的轉差功率不變型調速方式，在正常工況下，現有的大功率調速電阻群將不再使用，可使噸煤耗電量下降30％。
2、提高功率因數，降低無功功率；由於採用了先進的隔離移相變壓器技術和電壓源型IGBT逆變技術，在克服了傳統的變頻器對電網的諧波幹擾的同時，主傳動系統的功率因數提高到0.96以上，大大提高了設備對電網容量資源的利用率，減少了因無功電流引起的線路損耗。
3、提高系統的運用可靠性、安全性；第一，技術改造完成後，由於在正常工況下不再使用大功率調速電阻群，切換電阻用的接觸器將不再工作，較大幅度地減少電氣和機械故障對生產的影響。第二，由於電壓和頻率均連續可調，電動機的起動電流可得到有效控制，轉矩衝擊將不再存在，這將明顯地減少當前的有級調速系統容易出現的齒輪箱和鋼繩等設備的機械故障。第三，由於減速過程中由電力制動取代了原來的低頻制動，制動效果更好，尤其爬行速度按要求的速度圖嚴格控制更加安全。
4、可實現電控系統自動化提升，無需人工操作，加減速速度曲線為反「S」型曲線，曲線平滑無拐點，起停車時平穩無抖動、制動平穩，對機械設備無任何衝擊。
5、變頻系統對電網的諧波幹擾低於國家標準。
6、改造後系統可在0m/s至全速範圍內的任意速度下連續重載安全運行。
圖1是帶轉速閉環的高壓變頻調速系統的原理框圖。
圖2是多個變頻功率單元串聯疊加示意圖。
圖3是高壓變頻調速裝置的拓樸圖。
圖4是電阻制動的功率單元結構圖。
圖5是可控矽整流的功率單元結構圖。
具體實施方式
見圖1，在礦井提升機中的應用的高壓變頻調速系統，該系統採用異步電機柔性牽引閉環，控制器根據轉速給定和轉速反饋之間的誤差，發出適當的頻率幅值和三相正弦信號指令，該指令傳送給高壓變頻器，通過高壓變頻器輸出符合上述要求的交流電能，驅動電機運轉，使運轉性能嚴格符合轉速給定的要求。
該高壓變頻調速系統採用性能優良、技術成熟、安全可靠的輸入隔離變壓器-H橋單元串聯多電平技術方案和異步電機柔性牽引閉環的方式，可實現電機的正反轉牽引制動。
見圖2，該高壓變頻調速系統由多個低壓H橋變頻功率單元串聯疊加而成，疊加達到高壓輸出的目的。由多個變頻功率單元串聯構成一相，三相Y接，與電機相連接；見圖3，由電網送來的三相6KV交流電經過隔離移相變壓器供給每相6個共18個IGBT變頻功率單元，每相上的6個功率單元輸出的PWM波相疊加後，採用Y形連接，將形成線電壓為6000V的高質量的正弦波輸出，供給提升機1-2臺1000KW的主傳動線繞轉子異步電動機使用(圖3)。
在以正力為主的提升機應用領域，為了減少設備投資、提高系統的運用可靠性，宜採用IGBT斬波式電阻制動方案(圖4)，變頻功率單元為基本的交-直-交三相整流/單相逆變電路，整流側為二極體三相全橋，經整流後接有電阻制動電路，電阻制動電路由IGBT同電阻串聯而成，電阻制動電路兩端並聯濾波電容；輸出側由逆變的IGBT相互串接組成，與電機相連接；採用熱管散熱技術。
在經常出現負力的提升機應用領域，宜採用採用帶可控整流電路的再生制動方式(圖5)，該種制動方式可使制動能量回送電網。變頻功率單元為基本的交-直-交三相整流/單相逆變電路，整流側為IGBT三相全橋，經整流後給濾波電容充電；輸出側由逆變的IGBT相互串接組成，與電機相連接；採用熱管散熱技術。
移相變壓器的副邊繞組分為多組，二級線圈互相存在一個相位差，根據電壓等級和變頻功率單元級數，一般由幾十到百餘脈衝系列構成多級移相疊加的整流方式。
控制器由高速單片機或DSP、工控PC和PLC共同組成，控制器與變頻功率單元之間採用光纖通訊技術，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離。
權利要求1.在礦井提升機中應用的高壓變頻調速系統，其特徵在於該系統採用異步電機柔性牽引閉環，由控制器輸出的頻率幅值和三相正弦信號到高壓變頻器，高壓變頻器輸出交流電信號給電機；電機信號傳遞給轉速檢測裝置，轉速檢測裝置輸出的轉速反饋信號與轉速給定信號構成的差分信號傳遞給控制器；電機的制動方式採用IGBT斬波式電阻制動或帶可控整流電路的再生制動方式；高壓變頻調速系統採用多個低壓H橋變頻功率單元串聯疊加而成，由多個變頻功率單元串聯構成一相，三相Y接，與電機相連接。
專利摘要本實用新型是在礦井提升機中應用的高壓變頻調速系統，該系統採用異步電機柔性牽引閉環，控制器發出頻率幅值和三相正弦信號指令，傳送給高壓變頻器，通過高壓變頻器輸出符合上述要求的交流電能，驅動電機運轉；該系統可使提升機調速質量明顯提高、節能30－40％、功率因數可提高到0.96以上，有效解決了高壓大功率電機的正向電力牽引、正向電力制動、反向電力牽引和反向電力制動四種工況下驅動低效能負載平穩、安全運行的難題。
文檔編號H02P3/18GK2899282SQ200520146039
公開日2007年5月9日 申請日期2005年12月29日 優先權日2005年12月29日
發明者李興, 左強, 徐穎, 孫蕾, 陳昭, 韓國君, 錢寶利, 丁迎春 申請人:遼寧榮信電力電子股份有限公司